工程测量 绪论

1、水准面和大地水准面
水准面：静止的液体表面。 铅垂线：重力的方向线。
仪器安置后，垂直 轴和铅垂线重合
地球表面
K P
FG
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水准面
无数个：不同高度的点，都 有一个水准面。
铅垂线与水准面垂直
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1、水准面和大地水准面
大地水准面：平均海水面。
特性：不规则、一个。
外
业 测
地球表面
铅垂线与大地水准面垂直
WGS-84椭球
6 378 137 6 356 752.314 2 1/298.257 223 563 0.006 694 379 990 13 0.006 739 496 742 23
为简化书写，引入以下符号：c a2
b
两个辅助函数：W 1 e2 sin2 B
V 1 e2 cos2 B
,t tan B , 2 e2 cos2 B
▪ 工程测量学：研究工程建设中所进行的各种测量工作
的理论和方法的学科。（城市建设、大型厂矿建筑、农 田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收 和工程监测保养等方面的测绘工作。）
▪ 海洋测量学、及地图制图学等。
▪ 本课程主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容， 以便能为土木工程、土地管理、房地产开发、城镇规划 与建筑设计等提供测量专业服务。
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1.3 测量坐标系与地面点位的确定
测量工作的实质是确定地面点的空间位置，首 先必须了解测量的坐标系统和高程系统。
1、二维坐标系统
表示地面点Ａ在地球椭球面或投影在水平面上的位 置，通常有下列三种坐标系统:
（1）地理坐标（球面坐标）
天文地理坐标：表示地面点在大地水准面上的位置， 用天文经度λ和天文纬度φ表示。用天文测量的方 法直接测定。
量
的
铅垂线不平行
基
准
面
大地水 准面
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大地水准面略有起伏 不适于计算
原因：地球形状不规 则、密度不均匀
铅垂线
高密度物质
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1.2 地球的形状与大小
3、地球椭球或旋转椭球：
经测量实践证明，大地体与一个以椭圆的短轴 为旋转轴的旋转椭球的形状十分近似，而旋转椭球 是可以用数学式严格表示的，测量工作便取大小和 大地体很接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大 小。（计算的基准面）
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1.3 测量坐标系与地面点位的确定
天文经度λ
过地面点的子午面与起 始子午面之间的夹角 （东经、西经，东正西 负）
体育竞赛测量
2000悉尼奥运会
高精度工业测量
DISTO手持激光测距仪 面向大众用户
隧道开挖中的地质超前预报及断面测量
遥感图像处理
特种测量及军事应用
1.2 地球的形状与大小
从空中看地球… 像一个圆球… 但… 真是这样的吗?
地球形状不规则、密 度不均匀 N
近似是个椭球
圆球
~20km
W
E
S
26
4
1.1 测量学的任务及作用 1、定义：
研究地球的形状和大小以及确定地面（包含 空中、地下和水下）点空间位置的科学。
2、内容：
测定： 使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得 到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形 缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防 建设及科学研究使用。
5
1.1 测量学的任务及作用 2、内容：
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大地测量学—GPS
8
▪ 普通测量学：研究确定地球表面小范围（10— 25公里）内点位的理论和方法，不顾及地球曲
率，把地球表面当作平面看待。
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1.1 测量学的任务及作用
▪ 摄影测量学：利用摄影相片或遥感技术来确定 地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位 置的学科。
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1.1 测量学的任务及作用
测设：
测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度， 把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面位 置和高程标定在实地上，作为施工的依据。
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1.1 测量学的任务及作用 3、测量学的学科分类
大地测量学、普通测量学、摄影测量学、 工程测量学、地图制图学、海洋测绘学、 天文测量学
▪ 大地测量学：研究地球表面广大区域点位测定的 理论和方法。包括地球的大小和形状的测定、大 地区控制测量、天文和重力测量。
N
b
W
o
a
E
S 31
3、地球椭球或旋转椭球
地球表面
N
椭球面
b
W
aO
E
b aO a
a>b 二轴椭球
大地水准面
S
旋转椭球：椭圆绕NS轴旋转而成
x2 a2
y2 a2
z2 b2
1
与大地体非常接近、形状规则，能用数学
公式表达，适于计算
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1.2 地球的形状与大小 4、参考椭球体的定位：
确定椭球体与大地体之间相互关系并固定下来 的工作。以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原 点进行定位，建立了全国统一坐标系，即 “1980年国家大地坐标系”。
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1.1 测量学的任务及作用 4、测量学的作用：
▪ 科学研究： ▪ 国防建设： ▪ 经济建设： 5、测量学的发展： ▪ 古代： ▪ 现代：
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测绘科学的应用实例
GPS在大坝外观及滑坡监测中的应用
三峡库区滑坡监测
TCA2003测量塔柱动态变形
GIS系统数据采集
大坝监测
桥梁监测
道路施工及露天煤矿挖掘监测
4、参考椭球体的定位
椭球的几何参数及其关系
克拉索夫斯基椭球
a
6 378 245
b
6 356 863.018 8
α
1/298.3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
e2
0.006 693 421 622 966
2
e′
0.006 738 525 414 683
1975年国际椭球
6 378 140 6 356 755.288 2
1/298.257 0.006 694 384 999 59 0.006 739 501 819 47
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4、参考椭球体的定位
椭球的几何参数及其关系 5个几何参数：
✓椭圆的长半轴：a 长度 W ✓椭圆的短半轴：b 参数
✓椭圆的扁率： a b
a
✓椭圆的第一偏
a2 b2
心率：
e a
✓椭圆的第二偏 心率：
e
a2 b2 b
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N
b
F1
F2
aO a
E
S 表示椭球形状、大小至少 有a或b
常用a、α
课程情况
▪ 性质
➢专业基础课
▪ 学时
➢上课48学时（理论36、实验12） ➢实习：本学期第18周
▪ 要求
➢出勤 ➢复习 ➢作业
1
反馈与考核 ▪ 课堂教学：出勤、课堂表现（10%） ▪ 课后交流：谈话 ▪ 作业（10%） ▪ 实验（10%） ▪ 期末考试（70%）
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工程测量
第一章 绪 论
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第一章 绪论 1.1 测量学的任务及作用 1.2 地球的形状与大小 1.3 测量坐标系与地面点位的确定 1.4 测量工作概述